Compactación del suelo
En ingeniería geotécnica , la compactación del suelo es el proceso en el que la tensión aplicada a un suelo provoca la densificación a medida que el aire se desplaza de los poros entre los granos del suelo. Cuando se aplica una tensión que provoca la densificación debido al desplazamiento de agua (u otro líquido) de entre los granos del suelo, se ha producido una consolidación , no una compactación. Normalmente, la compactación es el resultado de la compresión del suelo por parte de maquinaria pesada , pero también puede producirse debido al paso de, por ejemplo, las patas de los animales.
En la ciencia del suelo y la agronomía , la compactación del suelo suele ser una combinación de compactación y consolidación de ingeniería, por lo que puede ocurrir debido a la falta de agua en el suelo, siendo la tensión aplicada la succión interna debido a la evaporación del agua [1], así como debido al paso de las patas de los animales. Los suelos afectados se vuelven menos capaces de absorber la lluvia , lo que aumenta la escorrentía y la erosión . Las plantas tienen dificultades en el suelo compactado porque los granos minerales se presionan entre sí, dejando poco espacio para el aire y el agua, que son esenciales para el crecimiento de las raíces . Los animales que excavan también lo encuentran un entorno hostil, porque el suelo más denso es más difícil de penetrar. La capacidad de un suelo para recuperarse de este tipo de compactación depende del clima, la mineralogía y la fauna. Los suelos con alta capacidad de contracción-expansión , como los vertisoles , se recuperan rápidamente de la compactación donde las condiciones de humedad son variables (los períodos secos encogen el suelo, provocando que se agriete). Pero las arcillas como la caolinita , que no se agrietan al secarse, no pueden recuperarse de la compactación por sí solas a menos que alberguen animales que vivan en el suelo, como las lombrices de tierra (la serie de suelos Cecil es un ejemplo).
Antes de compactar los suelos en el campo, se requieren algunas pruebas de laboratorio para determinar sus propiedades de ingeniería. Entre varias propiedades, la densidad seca máxima y el contenido de humedad óptimo son vitales y especifican la densidad requerida para compactarlos en el campo. [2]
En construcción
La compactación del suelo es una parte vital del proceso de construcción. Se utiliza para dar soporte a entidades estructurales como cimientos de edificios, caminos, pasarelas y estructuras de contención de tierra, por nombrar solo algunas. Para un tipo de suelo determinado, ciertas propiedades pueden hacer que sea más o menos deseable que funcione adecuadamente para una circunstancia particular. En general, el suelo preseleccionado debe tener la resistencia adecuada, ser relativamente incompresible para que los asentamientos futuros no sean significativos, ser estable frente a cambios de volumen a medida que varía el contenido de agua u otros factores, ser duradero y seguro frente al deterioro y poseer la permeabilidad adecuada . [3]
Cuando se va a rellenar o rellenar un área, el suelo se coloca en capas llamadas capas intermedias. La capacidad de las primeras capas de relleno para compactarse adecuadamente dependerá de la condición del material natural que se va a cubrir. Si se deja material inadecuado en el lugar y se rellena, puede comprimirse durante un largo período bajo el peso del relleno de tierra, lo que provoca grietas de asentamiento en el relleno o en cualquier estructura que se sostenga sobre el relleno. [4] Para determinar si el suelo natural soportará las primeras capas de relleno, se puede realizar un apisonado de prueba en un área. El apisonado de prueba consiste en utilizar una pieza de equipo de construcción pesado para rodar a lo largo del sitio de relleno y observar si se revelan desviaciones. Estas áreas se indicarán mediante el desarrollo de surcos , bombeo o tejido del suelo. [5]
Para garantizar que se logre una compactación adecuada del suelo, las especificaciones del proyecto indicarán la densidad del suelo requerida o el grado de compactación que se debe lograr. Estas especificaciones son generalmente recomendadas por un ingeniero geotécnico en un informe de ingeniería geotécnica.
El tipo de suelo , es decir, la distribución del tamaño de grano, la forma de los granos del suelo, la gravedad específica de los sólidos del suelo y la cantidad y tipo de minerales arcillosos presentes, tiene una gran influencia en el peso unitario seco máximo y el contenido de humedad óptimo. [6] También tiene una gran influencia en cómo se deben compactar los materiales en determinadas situaciones. La compactación se logra mediante el uso de equipo pesado. En arenas y gravas, el equipo suele vibrar para provocar la reorientación de las partículas del suelo en una configuración más densa. En limos y arcillas , se utiliza con frecuencia un rodillo de pata de oveja para crear pequeñas zonas de cizallamiento intenso , que expulsa el aire del suelo.
La determinación de la compactación adecuada se realiza determinando la densidad in situ del suelo y comparándola con la densidad máxima determinada mediante una prueba de laboratorio. La prueba de laboratorio más utilizada se denomina prueba de compactación Proctor y existen dos métodos diferentes para obtener la densidad máxima: la prueba Proctor estándar y la prueba Proctor modificada ; la prueba Proctor modificada es la más utilizada. Para presas pequeñas, la prueba Proctor estándar puede seguir siendo la referencia. [5]
Si bien es necesario compactar el suelo debajo de las estructuras y los pavimentos, después de la construcción es importante descompactar las áreas que se van a ajardinar para que la vegetación pueda crecer.
Métodos de compactación
Existen varios métodos para lograr la compactación de un material. Algunos son más apropiados para la compactación del suelo que otros, mientras que algunas técnicas solo son adecuadas para suelos particulares o suelos en condiciones particulares. Algunas son más adecuadas para la compactación de materiales que no son suelos, como el asfalto . En general, aquellos que pueden aplicar cantidades significativas de esfuerzo cortante y de compresión son los más efectivos.
Las técnicas disponibles se pueden clasificar en:
- Estático: se aplica lentamente una gran tensión al suelo y luego se libera.
- Impacto: la tensión se aplica dejando caer una gran masa sobre la superficie del suelo.
- Vibración: se aplica una tensión de forma repetida y rápida mediante una placa o un martillo accionados mecánicamente. A menudo se combina con compactación por laminación (véase más abajo).
- Giro: se aplica una tensión estática y se mantiene en una dirección mientras el suelo se somete a un movimiento giratorio alrededor del eje de carga estática. Limitado a aplicaciones de laboratorio.
- Rodamiento: se hace rodar un cilindro pesado sobre la superficie del suelo. Se utiliza comúnmente en campos deportivos. Los compactadores de rodillos suelen estar equipados con dispositivos vibratorios para mejorar su eficacia.
- El amasado-cizallamiento se aplica mediante movimientos alternados en posiciones adyacentes. Un ejemplo, combinado con la compactación por rodadura, es el rodillo de “pata de oveja” que se utiliza en la compactación de residuos en vertederos .
La planta de construcción disponible para lograr la compactación es extremadamente variada y está descrita en otro lugar .
Métodos de prueba en laboratorio
Los compactadores de suelo se utilizan para realizar métodos de prueba que cubren los métodos de compactación de laboratorio utilizados para determinar la relación entre el contenido de agua de moldeo y el peso unitario seco de los suelos. El suelo colocado como relleno de ingeniería se compacta a un estado denso para obtener propiedades de ingeniería satisfactorias, como resistencia al corte, compresibilidad o permeabilidad. Además, los suelos de cimentación a menudo se compactan para mejorar sus propiedades de ingeniería. Las pruebas de compactación de laboratorio proporcionan la base para determinar el porcentaje de compactación y el contenido de agua de moldeo necesarios para lograr las propiedades de ingeniería requeridas, y para controlar la construcción para asegurar que se logren la compactación y el contenido de agua requeridos. Los métodos de prueba como EN 13286-2, EN 13286-47, ASTM D698, ASTM D1557, AASHTO T99, AASHTO T180, AASHTO T193, BS 1377:4 proporcionan procedimientos de prueba de compactación de suelo. [7]
Véase también
- Compactación del suelo (agricultura)
- Degradación del suelo
- Compactador
- Terraplén
- Estructura del suelo
- Aireación
- Resistencia al corte (suelo)
Referencias
- ^ Compactación del suelo por falta de agua en el suelo
- ^ Jia, Xiaoyang; Hu, Wei; Polaczyk, Pawel; Gong, Hongren; Huang, Baoshan (2019). "Evaluación comparativa del proceso de compactación para materiales base utilizando métodos de compactación de laboratorio". Transportation Research Record: Revista de la Junta de Investigación del Transporte . 2673 (4): 558–567. doi :10.1177/0361198119837953. ISSN 0361-1981.
- ^ McCarthy, David F. (2007). Fundamentos de mecánica de suelos y cimentaciones . Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. pág. 595. ISBN 978-0-13-114560-3.
- ^ McCarthy, David F. (2007). Fundamentos de mecánica de suelos y cimentaciones . Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. págs. 601–602. ISBN 978-0-13-114560-3.
- ^ ab McCarthy, David F. (2007). Fundamentos de mecánica de suelos y cimentaciones . Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. pág. 602. ISBN 978-0-13-114560-3.
- ^ Das, Braja M. (2002). Principios de ingeniería geotécnica . Pacific Grove, CA: Brooks/Cole. pág. 105. ISBN. 0-534-38742-X.
- ^ "Compactador automático de suelos". cooper.co.uk . Cooper Research Technology. Archivado desde el original el 27 de agosto de 2014 . Consultado el 8 de septiembre de 2014 .
